小F数标准球波面透镜组的F''C重合误差分析

标准球波面透镜组是光干涉计量测试凸、凹球面面形质量的重要测量器具,它能产生p-V值优于λ/20(λ=0.6328μm)的标准球面波,透镜组中末球面为标准球面.其使用特点要求透镜组的焦点F'与末面球心C重合;如果存在重合误差,则用于球面面形检验时会引入测量系统误差.推导分析了F'C的允许重合误差与透镜组F数等参量的关系,运用ZEMAX光学设计软件模拟给出系列小F数标准球波面透镜组允许的F'C重合误差,并设计实验测试方案,得到反映标准球波面透镜组F'C重合误差的干涉图,它们的波像差均小于5λ.由理论分析与实验测试结果可知,F数很小(如F/1.5,F/0.75)的标准球面透镜组,F'C重合误差小于0.03 mm,甚至达到微米量级.     

大口径平像场激光扩束器光学系统的研制

研制出系统有效口径Φ=300mm,扩束倍率β=30×,视场2ω=±1mrad,能在λ=0.532μm,0.6328μm,1.064μm三种波长下工作,主波长为λ=0.6328μm的激光扩束器.系统光学材料全部采用德国进口Schott熔石英玻璃,前组物镜焦距F=800mm,且为高次非球面.用干涉仪检测,系统最终面形误差峰谷值优于λ/7,均方值误差优于λ/50.     

用二元光学元件简化相干激光雷达天线系统的光学设计

根据相干激光雷达小型化、轻量化、低成本和高性能的要求,采用小口径、平面基底的二元光学元件对外差探测、收发合置的相干激光雷达天线系统的结构进行简化.按照使用需要设计了一个透射式伽利略型天线系统,整个系统只用了一片大口径球面透镜,一片小口径球面透镜和一片小口径二元光学校正元件.设计参数为:发射系统物方视场角2ω=10°,出瞳口径Φ=100 mm ,束散角压缩比β=5×,激光光源波长λ=10.6 μm.设计结果为:光学天线系统的像质达到衍射极限.(OG10)     

二氧化碳激光与光子晶体光纤耦合的研究

文章以CO2激光器为光源,使用透镜耦合,将激光耦合到光纤并对这种耦合进行了研究。运用 ZEMAX软件对 CO2激光光源与光纤模型进行建模分析,并设计了一种新型的可用于传输10.6μm CO2激光的低损耗带隙型红外光子晶体光纤,运用结构参数r1=11.39 mm、r2=-25.43 mm、透镜厚度为3 mm、有效焦距BFL=11.16 mm的硒化锌透镜进行耦合,得到束腰与透镜的距离为1102.50 mm,像方束腰到透镜的距离为17.30 mm,耦合值为94%。     

小F数标准球波面透镜组的F′C重合误差分析

标准球波面透镜组是光干涉计量测试凸、凹球面面形质量的重要测量器具，它能产生PUV值优于λ／20（λ=0．6328μm)的标准球面波，透镜组中末球面为标准球面。其使用特点要求透镜组的焦点F′与末面球心C重合；如果存在重合误差，则用于球面面形检验时会引入测量系统误差。推导分析了F′C的允许重合误差与透镜组F数等参量的关系，运用ZEMAX光学设计软件模拟给出系列小F数标准球波面透镜组允许的F′C重合误差，并设计实验测试方案，得到反映标准球波面透镜组F′C重合误差的干涉图，它们的波像差均小于5A。由理论分析与实验测试结果可知．F数很小(如F／1．5，F／0．75)的标准球面透镜组．F′C重合误差小于0．03mm，甚至达到微米量级。     

大光束光纤耦合半导体激光准直系统

光纤耦合半导体激光器广泛的应用在国防、商业、工业等领域，对其光学准直是一项重要的工作。文中详细的介绍非球面透镜设计方法，设计了数值孔径NA=0.37，光纤芯径φ=600μm的大光束光纤耦合半导体激光非球面准直透镜，准直透镜的焦距f=50mm。从像质评定可以看出，非球面准直镜几乎接近衍射极限，整个系统的波像差小于0.3λ。实验结果证明，采用非球面准直系统，能提高光能的利用率，并获得高效准直光束。     

应用于环形激光束的低阶哈特曼波前传感器设计

针对高能化学激光器出光过程中存在着大比例、大PV值低阶像差这一现象,设计了专用于前5项Zernike像差检测的低阶哈特曼波前传感器。该传感器的透镜部分采用呈环形分布的6单元微透镜阵列与凸透镜组合的方法,且均用CaF₂材料制作。该方法不仅可以同时用于可见光和红外光的低阶像差测量,还具有成本低、光路结构简单、探测范围大等优点,适用于环形激光束的大PV值低阶像差检测。之后还搭建了测试光路系统,测试结果表明,该低阶哈特曼波前传感器的波面测量PV值量程为±8λ （λ=3.39 μm）,测量精度优于λ/10 （λ=3.39 μm）。     

大口径标准球面镜组研制与应用

为了实现大口径凸面反射镜检测,研究了大口径标准镜组的设计与研制技术。针对口径Φ为350mm、焦距为4400mm的标准球面镜组,完成了标准镜头设计分析、面形和曲率半径误差标定以及系统集成与实验验证。光学设计软件模拟分析结果表明镜头设计波像差达到0.0001λ[峰谷值(PV),λ=632.8nm],该标准镜头参考球面标准镜面形加工精度达到0.088λ(PV,λ=632.8nm)、0.006λ[均方根(RMS),λ=632.8nm],某项目Φ为320mm、R为4092mm的碳化硅凸面反射镜最终加工检测结果达到0.102λ(PV,λ=632.8nm)、0.011λ(RMS,λ=632.8nm)。结果表明采用该大口径标准球面波透镜组为大口径长曲率半径凸面反射镜提供了一种高精度检测的手段,解决了大口径长曲率半径凸面反射镜检测难题,采用该标准球面镜结合基于数字样板的非零位检测方法也可完成浅度非球面或自由曲面面形实时高精度检测。     

Nd:YAP跃迁抑制激光反射镜的研制

本文报道了Nd:YAP激光晶体的λ_1=1.079μm波长抑制,λ_2=1.34μm波长高功率输出用的反射镜的研制工作。采用了(L4HL)”膜系和ZnS、LaF_3、MgF_2膜料,得到了λ_1=1.079μm的透过率T≥96％,λ_2=1.34μm的反射率R>99％。用此反射镜得到了Nd:YAP晶体的λ_2=1.34μm的高功率激光输出。     

128×128 PtSi红外焦平面用硅衍射微透镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

宽带3-5μm量子阱红外探测器的研制

采用分子束外延方法在GaAs衬底上生长了n型掺杂的应变InGaAs/A1GaAs多量子阱结构,制作成3-5μm波段的量子阱红外探测器,响应峰值波长λp=4.2μm,响应带宽可达△λ/λ=50%,500K黑体探测率DBB(500,1000,1)达1.7×1010cm@Hz1/2/W.     

一种离轴抛物面准直光管的设计

论述了一种用于为某可靠性测试设备提供红外模拟目标源的离轴抛物面准直光管系统的结构选择.按照焦距f=960mm,相对孔径1:6,视场0.6°,工作谱段0.8～1.4μm的技术要求,对准直光管的光学系统进行了设计.反射式光学系统,能做到大口径和无色差及轻量化设计,系统光利用率高.因系统要求中心无遮拦,故选用离轴抛物面式准直系统.为进一步改善系统像质,采用了离轴高次抛物面式主反射镜与次反射镜以及补偿透镜组的设计方案.模拟实验表明,此准直光管的主要性能满足使用要求.     

轻量化φ600 R-C光学系统主镜的研制

研制某R-C光学系统的关键技术之一是制造有效通光口径为600mm轻质双曲面主反射镜,该主镜相对孔径A=1.1.2,轻量化率53%,材料为德国肖特(Schott)公司微晶玻璃.系统在红外波段使用.主镜的加工中采用了会聚光奥夫纳补偿检验,激光辅助调节光路等措施,也在支撑方法和夹持方式作了改进,采用了定点手修像散的方法,确保轻量化主镜的成功研制.系统对接检验弥散圆直径0.02mm,用WYKO激光干涉仪检测,系统波面误差(PV)值为1.23λ(λ=0.6328μm),均方根(RMS)值0.18λ,各项指标达到了设计要求.     

棒状光子晶体光纤种子光透镜耦合分析

本文对单透镜耦合系统进行了分析。分别模拟计算了当耦合透镜F=103.26 mm时耦合效率与透镜位置的关系,以及当透镜与光纤端面的距离为120 mm时耦合效率与透镜焦距的关系。利用单透镜耦合方式对棒状光子晶体光纤进行了耦合实验,实验所用种子源是波长λ=1030 nm的SESAM锁模固体激光器(M2≤1.2),所用棒状光子晶体光纤的芯径D=85 μm(模场直径DMF=65 μm),测得耦合效率约为35%~42%。由于光纤中掺杂的Yb3+离子对1030 nm波长的激光有一定的吸收作用,因此实际的耦合效率应该大于测定值。     

便携式红外目标模拟器系统设计

为了满足光电探测设备对不同温度环境下多波段的目标模拟需求,设计了一种便携式红外目标模拟器,选用可切换的黑体光源来进行照明,实现3～5μm和8～14μm的中波红外和长波红外的辐射特性。作为准直系统的平行光管口径为110 mm,考虑到中心遮挡问题,采用离轴反射式光学结构。在装调时利用该结构对300 mm口径的参考平面镜进行测量,测试结果 PV值为0.356λ(λ=632.8 nm),RMS值为0.047λ。采用MSC. Patran进行建模,利用有限元分析方法完成了系统的光机热分析,在-10～50℃工作环境下,由温度变化引起的主次镜面形变化为纳米级别,对中红外波段可实现实时稳定成像,为光电探测设备提供宽波段的多种直接模拟目标。     

基于CODE Ⅴ的手机摄像镜头光学设计

为了满足市场对微型、简单化手机摄像镜头的需求,运用光学设计软件CODEⅤ,结合非球面透镜理论,设计出用于可见光波段且符合结构简洁、生产成本低的要求的手机定焦镜头。该镜头F数为2.05,视场角为62°,半像高为2.4mm,系统总长度为5.59mm。为了使结构紧凑并且最大限度地降低生产成本,在结构设计中采用非球面的塑料镜片。设计结果显示:镜头的适应像素尺寸是1.1μm×1.1μm,相应的尼奎斯特频率为454lp/mm,在1/2尼奎斯特频率处绝大部分视场调制传递函数(MTF)值大于0.4,各个视场的横向像差均小于9.26μm,均方根(RMS)半径都在艾里斑之内,畸变小于1%,获得良好的成像效果。     

128×128PtSi红外焦平耐用硅衍射微镜阵列的设计与制备

通过考虑互相关联的光学和工艺参数,设计了3～5μm红外128×128硅衍射微透镜阵列.阵列中微透镜的孔径为50μm,透镜F数为f/2.5,微透镜阵列的中心距为50μm.采用多次光刻和离子束刻蚀技术在硅衬底表面制备衍射微透镜阵列.对实际的工艺过程和制备方法进行了讨论,对制备出的128×128硅衍射微透镜阵列的光学性能和表面浮雕结构进行了测量.     

光导型InAsSb红外探测器的研制

针对室温（293 K）条件下使用要求,采用InAsSb单晶材料加浸没透镜制作成2～9μm波段高灵敏度光导型InAsSb红外探测器。实测光谱响应值出现在1.656 5～8.989μm。在光谱响应波段范围内,最大响应度值为对比组C2、C3组。初步实现了室温（293 K）使用要求,响应光谱2～9μm波段光导型InAsSb红外探测器设计目的。     

光学测量技术在生物学,显微术,生产和通信中的现状与前景

1997年斯图加特光学学术讨论会于2月19日在斯图加特大学召开。邀请了280名国内外高校、科学界、工业界的专业人员参加。Tiziani教授作了关于光学测量技术现代化方法概况的报告。他讲述了显微测量技术的各种本同方法和多波长的绝对测量法。在3λ干涉仪中采用3支激光二极管，就可自动、绝对绘出高差为2mm、精度为20μm的地形图。该法也可用于租糙反射表面，测量时间为1s。作为测量技术中图像定位的例子，这里采用了衍射微透镜列阵的所谓共焦测量原理。这种列阵各透镜的直径为200μm、焦距为300μm。在光学技术研究所衍射透镜列阵用激光书写法…     

中波红外连续变焦光学系统设计

针对中波红外制冷式凝视焦平面阵列探测器,探讨了红外连续变焦系统的设计方法,并在考虑红外吊舱使用要求的基础上,设计了结构紧凑、质量轻便的机械补偿5~×连续变焦光学系统.该系统工作波段3～5μm,F~#为2.0,变焦范围30～150mm,变焦轨迹短而平滑,且在全焦距范围内成像质量良好.系统由7片透镜组成,采用二次成像结构,在实现冷光阑效率100%的同时缩小了系统径向尺寸.